科普|铁矿石是怎样形成的？铁矿石有什么用途？

铁矿石是全球钢铁工业所需原铁的主要来源。铁矿石开采方法因开采的矿石类型而异。目前开采的铁矿床主要有四种类型，磁铁矿、钛磁铁矿、块状赤铁矿和豆硅铁矿矿床，具体取决于矿床的矿物学和地质学类型。

地球上最重要的铁矿床是在沉积岩中出现的，沉积岩是由海洋或淡水中的铁和氧结合的化学反应形成的。这些矿床中最重要的两种矿物是铁氧化物：赤铁矿（Fe2O3）和磁铁矿（Fe3O4）。这些铁矿石被开采来生产我们今天使用的几乎所有钢铁物品——从回形针到汽车再到摩天大楼的钢梁。含有大量赤铁矿或磁铁矿（铁含量大于 60％）的矿石被称为“天然矿石”或“直运矿石”，这意味着它们可以直接送入炼铁高炉。

铁是最丰富的造岩元素之一，约占地壳的 5％，是继氧、硅和铝之后第四丰富的元素，也是继铝之后最丰富和分布最广泛的金属。铁是现代文明不可或缺的元素，人们熟练使用铁已有3000多年的历史。然而，它的使用直到 14 世纪才开始广泛使用，当时熔炼炉（高炉的前身）开始取代锻造炉。

铁矿石是怎样形成的？

铁矿石是可以经济地提取金属铁的岩石。这些岩石通常以赤铁矿或磁铁矿的形式存在。世界上约 98％的铁矿石产量用于炼钢。地球上几乎所有主要铁矿床，都位于 18 亿年前形成的岩石中。当时地球的海洋含有丰富的溶解铁，但几乎没有溶解氧。当第一个能够进行光合作用的生物开始向水中释放氧气时，铁矿床就开始形成。这些氧气立即与大量溶解的铁结合，生成赤铁矿或磁铁矿。这些矿物质大量沉积在海底，形成了现在所谓的“带状铁矿层”。岩石呈“带状”，因为铁矿物与二氧化硅、有时还有页岩以交替带状沉积。条带沉积状很可能是由于生物体活动的季节性变化造成的。

铁矿石有什么用途？

铁矿石的主要用途是生产铁。生产的大部分铁随后用于炼钢。钢材用于制造汽车、机车、船舶、建筑物中使用的横梁、家具、回形针、工具、混凝土钢筋、自行车和数千种其他物品。无论从吨位还是用途来看，它都是最常用的金属。

铁矿石的提取通常通过大型露天矿的爆破和清除过程进行，然后进行破碎、筛选和混合以供出口或本地消费。一旦混合，铁矿石就会被熔炼并与金属（镍、铬、锰、钒、钼或钛）形成合金，然后可以继续生产不同类型的钢。

尽管铸铁有许多特定用途（例如管道、配件、发动机缸体），但其主要用途是炼钢。钢是已知最有用的金属，其使用量是所有其他金属总和的 20 倍。钢坚固、耐用且用途极其广泛。许多不同种类的钢几乎完全由铁组成，并添加少量碳（通常少于 1％）和其他金属以形成不同的合金（例如不锈钢）。纯铁非常柔软，但添加少量碳会使其变得更加坚硬和坚固。钢中的大多数附加元素是在炼钢过程中有意添加的（例如铬、锰、镍、钼）。通过改变这些附加元素的比例，可以制造出适合多种用途的钢。

钢材理想的性能和相对较低的成本使其成为工程和建筑项目中的主要结构金属，约占每年使用的所有金属的 90％。大约60％的钢铁产品用于运输和建筑业，20％用于机械制造，其余大部分用于罐头和容器、石油和天然气工业以及各种电器和其他设备。

铁矿石是如何加工的？

选矿包括通过去除杂质来增加（升级）矿石中铁含量的所有过程。选矿是一个稍微更广泛的术语，包括这些过程以及通过改善矿石的物理性能（例如造粒和烧结）使矿石更有用的过程。许多铁矿石矿山采用某种形式的选矿来提高其产品的品位和性能。在许多运营中的矿山，已经建造了矿石加工设施，以便对低品位铁矿石（包括被页岩污染的矿石）进行选矿，进行开采，并在升级后作为高品位产品出售。 OPF 的运营还增加了这些矿山的可用铁矿石资源。

球团化是一种用于非常细或粉状矿石的处理工艺。球团矿是理想的高炉原料，因为它们坚硬且具有规则的尺寸和形状。

烧结是一种用于聚集铁矿粉以准备高炉熔炼的过程，通常在钢铁冶炼中心进行。它涉及掺入碎石灰石、焦炭和其他来自钢铁生产的添加剂。这些添加剂包括从熔炉废气中提取的废物、轧机操作过程中产生的氧化皮以及焦炭筛分过程中产生的焦炭粉。

生铁是钢铁生产的中间步骤，通过在高炉中熔炼铁矿石（通常为块状、球团状或烧结矿形式）来生产。通过氧化去除生铁中的杂质（例如硅、磷和硫）并减少碳含量，从而生产出钢。